可分离的燃料盒的制作方法

专利名称：可分离的燃料盒的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及用于燃料电池的燃料盒，更具体地，本发明涉及可抛弃的 和可再填充的燃料盒。
背景技术：
燃料电池是一种将反应剂，如燃料和氧化物的化学能直接转换成直流(DC) 电的设备。对于越来越多的应用场合来说，燃料电池比常规的发电装置如矿物 燃料的燃烧以及便携式的电能存贮装置如锂离子电池具有更髙的效率。一般来讲，燃料电池技术中包括有多种不同类型的燃料电池，如碱性燃料 电池、聚合物电解型燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融型碳酸盐燃料电池、固 体氧化物燃料电池以及酶燃料电池。现如今那些最为重要的燃料电池可被分成 几个大类，即(i)釆用压缩的氢(H2)作为燃料的燃料电池；(ii)质子交换 膜(PEM， Proton exchange membrane )燃料电池，其釆用的是醇类如甲醇 (CH30H)、金属氢化物如硼氢化钠(NaBH4)、碳氢化合物或者是其它能转换 成氢燃料的燃料；(iii)能够直接消耗非氢燃料的PEM燃料电池或者是直接氧 化燃料电池；以及(iv)能在很高的温度下直接将碳氢化合物燃料转换成电力 的固体氧化物燃料电池(SOFC)。压缩的氢通常处于高压状态，因此其操作非常困难。此外，其通常需要很 大的贮备盒，因此对于消费类电子设备而言无法做到足够小。常规的转换型燃 料电池需要转换剂以及其它的蒸发和辅助系统来将燃料转换成氢从而与燃料电 池中的氧化剂反应。最新的进展使转换剂或转换型燃料电池很有希望用于消费 类电子设备。最常用的直接氧化燃料电池是直接甲醇燃料电池或DMFC。其它 的直接氧化燃料电池包括直接乙醇燃料电池和直接原碳酸四甲酯燃料电池。由其中的甲醇与燃料电池中的氧化剂直接反应的DMFC是一种最简单并且有可能 做到最小的燃料电池，和其很有希望作为消费类电子设备的电源应用。固体氧化物燃料电池(SOFC)在高热下将碳氢化合物燃料如丁烷进行转换从而产生电 力。SOFC需要在1000。C范围内的相对高温来使燃料电池反应发生。用来生成电力的化学反应对每一类燃料电池来说都是不同的。对于DMFC 来说，每一个电极处的化学-电学反应以及直接甲醇燃料电池的总反应可描述如 下阳极的半反应CH3OH + H20 — C02 + 6!f + 6e-阴极的半反应1.5。2 + 6I^ + 6e、3H20 总燃料电池的反应CH3OH + 1.502 — C02 + 2H20 由于氢离子(f)穿过PEM从阳极迁移到阴极，并且由于自由电子(e') 不能穿过PEM,因此电子流过外部电路，从而产生通过外部电路的电流。该外 部电路可用来给许多有用的消费类电子设备提供电力，如移动电话或蜂窝电话、 计算器、个人数字助理、膝上电脑以及动力工具等。美国专利US5，992,008和US5，945，23均对DMFC进行了描述，这两篇专 利以引用的方式全文并入这里。通常来讲，PEM由聚合物制成，如DuPont公 司的Nafior^或者是其它合适的膜，前者是厚度在大约0.05mm到0.50mm之间 的全氟化磺酸聚合物。阳极通常由用聚四氟乙烯处理的碳纸制成，其上支撑并 沉积有很薄的一层催化剂，如铂-钌。阴极通常是气体扩散电极，其中有钼颗 粒粘接到该膜的一侧上。另一种金属氢化物如硼氢化物，转换型燃料电池的燃料电池反应如下NaBH4 + 2H20—(加热或催化剂)—4 (H2) + (NaB02) 阳极的半反应H2 — 2IT + 2e-阴极的半反应2 ( 2H+ + 2e-) + 02 — 2H20适合于该反应的催化剂包括铂和钌以及其它的金属。硼氢化钠转换中产生 的氢燃料在燃料电池中与氧化剂如02进行反应，产生电(或者是电子流)和副 产品水。转换过程中还会产生副产品硼酸钠(NaB02)。硼氢化钠燃料电池在美 国专利US4，261,956中进行了描述，其以引用的方式并入这里。在直接硼氢化物燃料电池(DBFC)中，反应如下阳极的半反应<formula>formula see original document page 7</formula>
阴极的半反应<formula>formula see original document page 7</formula>燃料电池应用的一个最重要的特征是燃料的存贮。另 一个重要特征是对燃 料从燃料盒取出并转移到燃料电池的操作进行调节。为了能够应用于商业，燃 料电池如DMFC系统应当能够存贮足够的燃料以满足消费者的正常使用。例如， 对于移动电话或蜂窝电话，笔记本电脑以及个人数字助理(PDA)来说，燃料 电池至少应能给这些设备提供像当前所使用电池那样长的电力，并且越长越好。 此外，燃料电池应具有更换方便或者可再填充的燃料罐，从而减少或避免现今 充电电池那样长时间的充电。由于可由燃料电池供电的许多装置均具有便携式的特性，设备或燃料盒均 可能受到意外的冲击荷载。在这种情况下，燃料可能会泄漏，并损坏敏感的电 子设备。因此，需要进行能够在发生意外冲击时对燃料供应器从燃料电池系统 分离形式进行控制的尝试。发明内容根据本发明的一个方面，燃料供应器可连接到燃料电池系统上。燃料供应 器包括燃料供应器连接器，其具有将燃料供应器连接到燃料电池系统上的形式， 用于将燃料供应器从燃料电池系统自动分离的手段，以及用于切断经燃料供应器连接器的燃料流的手段。根据本发明的另一方面，燃料供应器连接器的分离部分具有在冲击下可比 燃料供应器连接器的其余部分更易断裂的形式。根据本发明的又一方面，提供了燃料供应器弹出系统。根据本发明的另 一方面，燃料电池系统中的狭槽具有滑动地接收燃料供应 器的形式。由燃料供应器表面延伸出一突起，且在狭槽的壁上界定出一凹陷， 其中，该凹陷具有可释放地接收突起的形式。在凹陷处配置了一弹簧夹，用于 可释放地固定凹陷内的突起。根据本发明的再一方面，燃料供应器包括柔性燃料供应器连接器以及配置 于该连接器内的阀。


对构成说明书 一部分的附图应该结合说明书来理解，其中采用了相同的附 图标记来表示在不同的视图中相同的部分图1是根据本发明的燃料电池系统和燃料供应器的图解视图；图2A示出了图1的连接器的第一实施方式的横截面视图；图2B示出了图 1的连接器的第二实施方式的横截面视图；图2C示出了第三实施方式的横截面 视图；图2D (i) - (ii)是第四实施方式的横截面视图；图3A示出了用于图2a和2b的连接器中的阀的横截面视图；图3B示出了 用于图2A和2B的连接器中的可分离的截止阀的横截面视图；图4和4A示出了根据本发明的燃料电池系统和燃料供应器的替代实施方 式的图解视图；图5示出了根据本发明的燃料电池系统和燃料供应器的第二种替代实施方 式的图解视图；图5A是图5的系统和燃料供应器的连接区放大的局部视图； 图5B是该实施方式的薄弱部分的放大视图；图6是图5的燃料电池系统和燃料供应器的连接区的沿图5中线A-A的横 截面视图，示出了替代的连接机构；图7示出了根据本发明的燃料电池系统和燃料供应器的第三种替代实施方式的图解视图；图7A是图7的燃料电池系统和燃料供应器的连接区的放大的局部视图；以及图7B是示于图7A中的连接区的替代实施方式的放大的局部视图。
具体实施方式
根据附图及以下内容所进行的详细描述，本发明涉及燃料供应器，其存贮 了燃料电池的燃料如甲醇和水、甲醇/水的混合物、不同浓度的甲醇/水的混 合物、或纯的甲醇。甲醇能用在许多类型的燃料电池中，如DMFC，酶燃料电 池，及转换型燃料电池等。燃料供应器可包含其它类型的燃料电池燃料，如乙 醇或醇类，能够转换成氢的化学物质，或者是其它可提高燃料电池性能或效率 的化学物质。燃料还包括氢氧化钾(KOH)电解液，其能与金属燃料电池或碱 性燃料电池一起使用，并能保存在燃料供应器中。对于金属燃料电池来说，燃 料为载有锌颗粒的流体形式，其中的锌颗粒浸在KOH电解质反应溶液中，并 且电池腔中的阳极是由锌颗粒所形成的颗粒阳极。KOH电解质溶液在名称为 "Method of Using Fuel Cell System Configured to Provide Power to One or more Loads"公开曰为2003年4月24曰的美国专利申请US2003 / 0077493中有描 述，其全文在这里以引用的方式并入。燃料还包括甲醇、过氧化氢和硫酸的混 合物，其流过硅片上形成的催化剂从而发生燃料电池反应。此外，燃料还包括 甲醇、硼氢化钠、电解液以及其它化合物的调和或混合物，例如在美国专利 US6,554,877、 6,562,497和6，758，871中所描述的，这些专利文献的全文在这里 以引用的形式并入。此外，燃料还包括美国专利US6，773,470中描述的那些能 部分溶解在溶剂中并部分悬浮于溶剂中的燃料，以及美国已公开专利申请 US2002/076602中描述的那些其中包含有液态燃料和固体燃料的燃料。这些专 利的全文在这里以引用的形式并入。燃料还包括金属氢化物，如上述的硼氢化钠(NaBH4)和水。燃料进一步包括碳氢化合物燃料，其包括但不限于，在名称为"Liquid Hereto-Interface Fuel Cell Device"、公开曰为2003年5月22曰的美国已公开专利申请US2003 / 0096150中所描述的丁烷、煤油、酒精和天然气，这里该文献以引用的方式全 文并入。燃料也包括能与燃料进行反应的液态氧化剂。燃料还包括甲酸。因此， 本发明并不限于某一类型的含在燃料供应器中或燃料电池系统中使用的燃料、 电解质溶液、氧化剂溶液、或者液体或固体。这里所用的术语"燃料"包括所 有的能用于燃料电池中或燃料供应器中进行反应的燃料，并且其包括但不限于 上面所有合适的燃料、电解质溶液、氧化剂溶液、气体、液体、固体和/或化 学物质以及它们的混合物。本发明的燃料供应器也可用作存储不在燃料电池使用的燃料。这些应用包 括但不限于，为在硅芯片上构建的微燃气涡轮发动机存储氢和氢燃料，这在发 表于The Industrial Physicist( 2001年12月至2002年1月)，第20-25页中的"Here Come the Microengines，"一文中进行了讨论。其它应用包括存储用于内燃机的 传统燃料，以及碳氢化合物，诸如用于口袋和实用打火机的丁烷和液态丙烷， 以及用于用在个人便携加热装置中的化学燃料。这里所用的术语"燃料电池" 包括燃料电池以及其他可用于本发明的燃料盒中的机构。这里所用的术语"燃料供应器"包括但不限于可抛弃式盒、可再充填/重 复使用的盒、容器、可置于电子设备内部的盒、可拆除的盒、置于电子设备外 部的盒、燃料简、燃料槽、燃料充填简、其它的能够保存燃料的容器以及与燃 料简和容器相连的管。尽管以下对盒的描述是结合本发明的实施例进行的，但 需要注意的是这些实施例也可用于其它的燃料供应器，并且本发明并不限于某 一特定类型的燃料供应器。这里描述的本发明的实施方式的例子是可连接到燃 料盒上的例子。然而，应当理解的是，本发明是适合于任何如上所定义的燃料 供应器的使用。另外，这里所用的术语"燃料电池"可选择性地包括泵，其可 位于由燃料电池供电的电子组件中。泵也可连接到燃料供应器上。并且，这里讨论的截止阀或连接阀适用于将燃料供应器与燃料电池相连通， 以及将燃料电池中产生的液体和/或气体副产物送回燃料供应器或废品容器中。应当理解的是，本发明的阀适用于将流体，如液体或气体转移进、出燃料供应器，和/或进、出燃料电池。燃料电池盒和燃料电池在名称为"Fuel Cartridge for FuelCdls"、提交于2003年1月31曰的由本申请的共同所有人拥有的在审美国 专利申请^^开号2004/0151962中揭露。该962'号公开的专利申请在此通过引 用方式全文并入。根据示于图1中的本发明的实施方式，燃料供应器10与燃料电池系统12 相连接。连接元件14可操作地将燃料供应器10与燃料电池系统12连接在一起， 使得燃料供应器10内所盛的燃料可在燃料供应器10与燃料电池系统12之间通 过供应器侧的阀组件24和系统侧的阀组件26而传输。阀组件24和26可以是 现有技术中已知的任何阀，例如单向阀、提升阏、或鸭嘴闽。阀组件24和26 也可以是可分离的截止阀，例如那些由本申请的共同所有人拥有的在审描述于 名称为"Valves for Fuel Cartridges,"、提交于2004年11月1曰美国公开专利申 请号2006/0071088和名为"Fuel Cartridge with Connecting Valve"的，提交于 2003年7月29曰的美国公开专利申请号2005/0022883中的阀，这些专利申请 公开中揭露的内容在此通过引用方式并入。连接元件14优选为中空的管状部件。连接元件14可由任何现有技术已知 的材料制成，但优选由塑料或树脂基的材料、陶瓷材料或金属制成。连接元件 14的材料可以是对储存在燃料供应器12中的燃料为惰性的材料，或连接元件 14也可包含对储存在燃料供应器12中的燃料为惰性的内部涂层。连接元件14所具有的形式使得当燃料供应器10和/或燃料电池系统12受 到负荷时，例如发生相对扭转，或当燃料供应器10和燃料电池系统12坠落时， 燃料供应器IO可自动从燃料电池系统脱离，损失最少的燃料。在图2A所示的 一种实施方式中，连接元件14是一刚性的管状元件，其包括第一薄壁区20和 第二薄壁区22。如果是由于在这些区域中连接元件14的结构上较弱的壁造成 的负荷，这些薄弱的区域20、 22具有的形式使得连接元件14能够更容易地在 薄弱的区域20、 22或图2A中所示的凹口处断裂。使区域20、 22发生断裂的 荷载由这些区域20、 22的壁厚决定。尽管图中示出的区域20、 22具有类似的厚度，但它们的壁厚可以不同，例如一者在较小的冲击下断裂，或者两者均在 较大的冲击下断裂。此外，本领域技术人员也将认识到，连接元件14中也可仅包含一处薄壁区域20、 22。并且，薄弱的区域20、 22可由与连接元件14其余 部分不同的材料形成，例如由更脆的材料形成。在该实施方式中，燃料供应器 10从燃料电池系统12的分离是永久性的，即由于连接元件14在区域20和22 中 一 处或两处发生的塑性变形，燃料供应器10将不能够再次连接回去。为了尽可能地减少系统的燃料损失，连接元件14包括位于多处的燃料截止 元件，或燃料吸收元件23a-d。燃料截止元件23a， 23b， 23c, 23d可以是具有 减少燃料流动形式的含纤维的或填充材料，或阀(如图2C所示)。燃料截止元 件23a-d,例如填料或开孔泡沬，其中可具有一个或多个开孔来控制渗透。示例 性适合的材料例如，公开于之前通过引入而并入本申请的'793专利申请中的芯 吸或毛细管状材料。如图3a所示，适合用作燃料截止元件23a， 23b， 23c, 23d 的阀的示例包括单向阀53a,例如鸭嘴阀，其中来自燃料流的力量正常情况下 使阀处于开启态。当流动中断时，阀将关闭。可采用任何单向流动阀。图3a中 还示出了止回阖53b,其中，位于阀53b—半处的销55或类似的结构推挡着位 于阀53b另一半的密封件56,从而允许液体流经阀。 一旦阀发生分离，则密封 件56将受迫向前，从而截止液体的流动。此外，如果流体流动的力量大到足以 使密封件56保持张开，则止回阀53b也可在没有销的情况下使用。换句话说， 流体将流经止回阀53b向密封件56流动。如图3b所示，适合作为燃料截止元 件23a， 23b， 23c, 23d的阀的其他的例子是任意的可分离阀53c,其已在经引 入而并入本申请的'949申请中进行了展示和描述。这些阀通常包括两半，第一 半54a可位于第一薄壁区域20或第二薄壁区域22内。然而，仅一个薄壁区域 是必须的。可分离阀的第二半54b可位于临近区域20或22的连接元件14的较 厚壁的部分内。当这些两半式的可分离闽分离时，燃料将不会流经。在另一实施方式中，如图2B所示，连接元件14包括供应器侧部分14a和 系统侧部分14b，它们在接合处17相连接。接合处17优选是压入配合式的接 合，例如图中所示的爪系统，但也可以是其他类型本领域已知的非永久性的接合。最好与接合处17—同使用衬垫7，如O-环，以保证在14a和14b两部分之 间的液封。14a和14b两部分的重叠程度将决定产生分离所需的力量。在该实 施方式中，分离不需要是永久性的，在许多场合下，14a和14b两部分可完全 迅速地移动到一起。然而，如果受到更强烈的冲击，则接合处17可能会被破坏 而不能修复，这取决于负荷的类型和方向。当受到负荷时，接合处n是最有可能发生分离的点，从而釆取填料或上述 阀形式的燃料截止元件23a, 23b可最大程度地减少燃料泄漏。并且，在该实施 方式中，燃料截止元件23a， 23b包括通过它们的孔21。孔21使得在燃料供应 器尚未受损时燃料能顺利地流经燃料截止元件23a， 23b。此外，还包括芯吸通 道19。芯吸通道19是用作燃料截止元件23a, 23b的材料的一部分，其从液流 通路延伸至液流通路之外的区域。例如，如图2a所示，芯吸通道19从液流通 路经过阀26的外罩回到燃料供应器10。燃料通过芯吸通道19经芯吸作用而输 送到燃料供应器内的任意点。例如，在一实施方式中，燃料供应器10可包括硬 质外壳，内置柔性盛燃料的囊，以及位于它们之间的间隙或空间(未示出)。芯 吸通道19可将燃料从液流通路输送到间隙或囊中。连接元件14的另一实施方式示于图2C中。这里，连接元件14包含单一 的薄弱区域20,在其内部可选择地形成一凹口。阀组件24和26相互靠近，从 而尽量减少它们之间的体积。优选地，阀组件24和26在实际允许的范围内尽 量靠近。在连接元件14内部以及在两阀组件之间的空间最好用具有吸收能力的 材料来填充，例如23a。连接元件14的另一实施方式示于图2D (i) - (ii)中，阀组件24和26中 各自包括一单向止回阀。连接元件14为自闽组件之一延伸而出的管状套。其他 的阀组件具有直立的勾30,其适于连接到位于管状套/连接元件14上的勾32 上。接合后，勾30和32使阀组件维持在相靠的位置，从而建立流动通道F， 如图2D(ii)所示。管状套/连接元件14优选具有至少一薄弱区域，例如，凹 口 34,其可在冲击下发生断裂。另外，勾30也可具有一薄弱区域，例如，凹 口 36,其可在冲击下发生断裂。该实施方式的优点是，当连接元件14(或勾30 )断裂后，在各阀组件中所含的由止回阀所提供的内密封将封闭燃料的流动。 如图所示的燃料吸收材料38可吸收残余的燃料。在选择连接元件14时，需要进行取舍考虑。在一例中，较长的连接元件， 例如如图2A所示，将具有较大的可含有燃料的体积。另一方面，薄弱区域被 很好地限定。在另一例中，较短的连接元件，例如如图2C所示，具有较少的 体积，但具有的薄弱区域较小。在又一实施方式中，如图4所示，燃料供应器10通过柔性连接元件114可 操作地连接到燃料电池系统12上。柔性连接元件114可操作地将燃料供应器 IO连接到燃料电池系统12上，从而含在燃料供应器10中的燃料可在燃料供应 器10和燃料电池系统12之间通过燃料侧的阀组件24和系统侧的阀组件26进 行传输，这与上面图1中所描述的相似。柔性连接元件114优选为柔性的由任 何本领域已知的柔性材料制成的管状元件，例如橡胶或薄壁的金属以及图4中 所示的具有光滑壁的，或如示于图4A中的波状壁的塑料。在该实施方式中， 连接元件114用于抵挡如通过使燃料供应器IO相对燃料电池系统12发生扭转， 或当燃料供应器10和/或燃料电池系统12发生坠落时的负载。此外，连接元件 114可包括一个包含多个折的可伸展区域115。受到冲击时，区域115通过打开 折而伸展开。可伸展区域115的优点是其通过吸收一些冲击而保持燃料密封。 连接元件114可以是燃料供应器的一部分，或者是燃料电池的一部分，或者是 配置了燃料电池的设备的一部分。连接元件可以是分离的部分，并可与燃料盒 和燃料电池/装置连接。为了支持和稳定到燃料电池系统12上的燃料供应器10的连接，最好能再 提供第二刚性连接105。刚性连接105可以是本领域已知的任何一种类型的连 接，例如压入配合连接、易松开的插销等。尽管本领域技术人员会认为刚性连 接105由镜像柔性连接114,或如上图1和图2中所描述的脱离的刚性连接14 制成，但优选的情况是，在提供了刚性连接105时，在燃料供应器10和燃料电 池系统12之间没有燃料通过刚性连接105传输。另外，刚性连接105也可包括连接传感器107和控制器118的电导线。控制器118可以是本领域已知任何类型的控制器，例如微处理器或芯片。传感器 107可以是本领域已知任何类型的能够探测出燃料供应器10是否受到冲击的传 感器，例如可以是加速度计。 一种适合类型的加速度计是压电传感器，这种传 感器是一种固态元件，能够在受到冲击时产生电荷。此外，压电传感器也可具
有能测量作用于燃料供应器或燃料电池系统上的力的形式。如果燃料供应器10 发生坠落，传感器107将识别加速度，发出使控制器118运作的信号，例如关 闭从燃料供应器10抽取燃料到燃料电池系统12的泵103，或关闭燃料供应器 或燃料电池系统中的流动阀。适合的压电传感器可有多种来源，包括PCB派佐 特罗尼克斯公司(PCBPiezotronics)。此外，电导线113可以仅为闭合电路从而 使泵103运转。如果导线113断开，即由于冲击力刚性连接105断裂，则由导 线113闭合的电路也将断开，从而关闭泵103。
图5中示出了本发明的另一种实施方式。在该实施方式中，燃料供应器210 通过将至少一部分燃料供应器210插入到燃料电池系统212的外罩217的连接 区域214中而连接到燃料电池系统212上。外罩217优选为装置的塑料或金属 外罩，这些装置例如为膝上型电脑或PDA。外罩217也可包括一个或多个燃料 电池元件，例如燃料电池架(未示出)。
如图5A所示，连接区域214优选为外罩217上的浅的类似狭槽的开口。 连接区域214包括系统侧的阀端口 226，其用于接受位于燃料供应器210上的 供应器侧的阔224，从而在燃料供应器210和燃料电池系统212之间传输燃料。 端口 226可采取简单的用于间224的接受端口，或者是采取之前经引入而并入 的'949申请中所描述的可分离阀的位于供应器侧的一半的形式。优选地，在 端口 226和阀224之间放置一衬垫240，如O-环来建立液封。阀224还优选包 括一浮动部分，用于在插入过程中便于自调对准的进行，以及用于吸收来自旁 恻负载的冲击。
燃料供应器210适于通过例如滑动插入连接区域214内并保持在其中。连 接区域214包括两个凹陷260,其内安置有夹子262。夹子262可以是本领域已 知的任何适合的自释放夹子，例如弹簧夹，边夹、空气吹料接头(air fittings )、具有可变形部分的轴环、弱磁体等。凹陷260具有可接受燃料供应器210上的
轴250的形式，而燃料供应器210最好包括盖252，这样弹簧夹262就能够抓 住盖252以获得更牢固的结合。盖252还优选包括一渐缩的区域，从而引导轴 250更容易到位。由于连接区域214相对较浅，燃料供应器210可能会从连接 区域214出来。由于连接区域214与燃料供应器210间的相对较小的重叠，连 接区域214的壁将不会抑制燃料供应器210的移除，或者在当任何扭转或旋转 发生时损坏燃料供应器210。可选择地，轴250也可以在靠近盖252处被弱化， 例如用如图5B中所示的凹口，或通过刻痕达到，这样轴250在受到侧面荷载 力时会断裂。弹簧夹262的弹簧常数的选取最好是在当燃料供应器210受到负 荷时，燃料供应器210可从连接区域214弹出，而对连接区域214产生最小的 损坏，这样供应器210可随后再插入或提供新的燃料供应器。在另一种轴250 的颈部被弱化的实施方式中，250的细颈可设计成可断裂的形式，这样，由于 仍有部分的轴250留在燃料电池中，另外的盒无法插入。此外，使轴250从夹 子252中释放所需的力可设计成在不会对阀224或燃料电池212造成损坏的一 定力量下释放。超过该力量后，轴250将发生断裂并不允许其他盒210插入到 夹子252中。
另外，燃料供应器210的分离导致了燃料恻的阀224从端口 226的分离， 这种分离阻止了在燃料供应器210和燃料电池系统212之间进行燃料的进一步 传输。例如，在一种实施方式中，阀224可以为止回阀，如图3a中所示。在这 种实施方式中，端口 226可包括一中空的突起，推开阀224中的密封件，销或 针227,从而允许燃料流经阀224进入端口 226中。发生分离后，突起227从 阀224移走，而密封件关闭阀224，从而切断燃料的流动。尽管最好是采用浅 的连接区域214，但可对突起227的长度进行选择，使得能对阀224内的密封 件进行操作。在另一实施方式中，采用了可分离的截止阀，例如那些在'949和 '006申请中描述的阀。在又一实施方式中，销227可位于阀224内，例如通 过肋材或其他支撑而位于阀中心或靠近中心的位置。只要销227保持在由支撑 确定的精确位置，则阔224将始终为开启状态。如果销227从精确位置移走，例如由于冲击使得支撑之一发生断裂，则销227将无法使得阀224保持开启。
一种替代的弹出系统示于图6中，该图示出了弹出系统沿图5中线A-A的 横截面视图。燃料供应器210以与图5和图5a中描述的类似方式而可操作地连 接到燃料电池系统212上。当燃料供应器210插入到连接区域214中时，轴250 推开弹簧272，而将弹簧272配置成使轴250偏向外。当弹簧夹260夹住盖252 时，轴250位于开口 260内。为了弹出燃料供应器210,连接到燃料供应器210 上的杠杆270包括若干突起271延伸进开口 260中。突起271可具有任何适合 的形状，但优选的是楔形。如果燃料供应器210受到冲击而压迫到杠杆臂270， 则突起271将被迫进入位于盖252和弹簧夹262间的开口 260中。当弹簧夹262 被释放时，偏压弹簧272将轴250向外推，从而弹出燃料供应器210。显而， 本领域技术人员应当能够根据期望的连接强度而在一或任何数字之间调整轴 250和夹子252组合的数目。另外，如果阀224是通过夹子252固定在阀224 和燃料电池系统212的连接附近时，则无需单独的轴250。换句话说，在一种 实施方式中，间224可取代轴250。
在如图7所示的另 一实施方式中，通过将燃料供应器310插入位于燃料电 池系统外罩317上的连接区域314中而将燃料供应器310连接到燃料电池系统 312上，这与图5中所示的实施方式类似。在该实施方式中，燃料供应器310 包括阀324，其具有可操作地连接到端口 326上的形式，从而燃料可从燃料供 应器310传输到燃料电池架309。阀324和端口 326与上述图5中所描述的那 些类似。
燃料供应器310包括传感器370。尽管传感器370可以是任何本领域已知 类型的仅为突然加速或冲击的传感器，例如应变计，但优选的传感器370为加 速度计。传感器370优选为本领域已知的压电加速度计。压电加速度计通常为 压电晶体，例如夹于中柱和振荡质量间的石英。在加速中时，质量对晶体产生 切应力。由晶体上的这种应力产生的电压的大小与加速度程度相关。另外，传 感器370也可以是简单的弹簧质量加速度计。传感器370还可以位于燃料电池 系统312内。燃料电池系统312包括自动弹出机构。当燃料供应器310被推进外罩317 的连接区域314中时，该滑动作用推动图7A所示的杆372,连接到偏压弹簧 368,使其向阻碍件375运动，直到制动装置365b被推进位于杆372中的相应 的狭槽365a中。自由状态的弹簧368是延伸到外罩317之外的，因此，能量储 存在压缩的弹簧368中。制动装置365b位于可移动臂374的末端，该可移动臂374通过铰链376 连接到阻碍件375上。铰链376可采用本领域已知的任何形式，并由控制器318 控制。控制器318与上面描述的控制器118类似，可以釆用本领域已知任何形 式的控制器，例如计算机处理器。控制器318通过由连接364与可移动臂374 进行通信。控制器318还通过电接触315a， 315b与燃料供应器310上的传感器 370通信。控制器318经编程可通过控制器318由自传感器370接受到的信号 计算出燃料供应器310的加速量。当加速量超出阀值水平时，控制器318发出 信号释放臂374,这可通过使用如电磁体推动可移动臂374,从而使制动装置 365b从狭槽365a中释放而打开铰链机构来完成。另外，铰链376可釆取薄弱 的形式，这样冲击运动或加速本身就能够将制动装置365b从狭槽365a上震松。 当可移动臂374旋转着打开时，制动装置365b由杆372离开。弹簧368释放其 储存的能量而将杆372向外推出，从而使燃料供应器310从连接区域314弹出。 弹簧368应当足够地有力从而能够提供迅速的燃料供应器310从燃料电池312 的脱离。阀324与端口 326分离，从而切断燃料的流动。此外，燃料供应器310 将无法重新插入，直到控制器318重置臂374。本领域普通技术人员可清楚地 认识到也可釆用其他替代的已知弹出系统和配置，并且它们由控制器318控制。在另外的弹出系统中，可移动臂374可位于燃料供应器310上。此外，可 由本领域已知的任何方法使可移动臂374动作。例如，图7B示出了弹出系统 的可选择的实施方式。在这种与图7所示的实施方式最为相似的实施方式中， 杆372固定地连接到燃料供应器310上。换句话说，杆372为燃料供应器310 的延伸。可移动臂374的中心部分373通过如粘合剂或接合件而固定地连接到 杆372上。可移动臂374的自由端具有一制动装置365b,其可插入到相应的位于燃料 电池上的阻碍件375上的凹口 365a中。当燃料供应器310被正确地插入进连接 区域314中时，制动装置365b移动到凹口 365a中的位置。如以上实施方式中 所描述的，弹簧368连接到阻碍件375上。在自由状态下，弹簧368延伸到外 罩317之外，因此，当燃料供应器310被插入到连接区域314而将弹簧368向 阻碍件375压缩时，能量储存在弹簧368中。优选在弹簧368的终点处放置一 盘378,例如金属或塑料盘，这样弹簧368可被均勻地压缩。当启动可移动臂 374动作时，制动装置365b由凹口 365a中释放，允许弹簧368将燃料供应器 310从连接区域314推出。在该实施方式中，可移动臂374优选由电活性聚合物(EAP)材料制成。 如本领域的已知EAP通过表现出相当大的形状或尺寸的位移能对电刺激产生 响应；"人造肌肉"这个词通常被用于描述EAP的这方面特性。可使用任何类 型的EAP,包括但不限于铁电聚合物，静电拉紧的聚合物(ESSP, electrostatically strictedpolymers),电致伸缩的接技弹性体，电-粘弹性弹性体，离子聚合物-金 属复合物，导电聚合物，以及碳纳米管。当电流流经可移动臂374时，可移动 臂374将发生形变。引发形变的电流可来自任何的电源，例如电池(未示出)， 其电流由控制器318控制。然而，使可移动臂374动作的电流优选由与可移动 臂374接触放置的压电晶体380产生。如果压电晶体380受到负荷，例如由于 加速或冲击，则晶体380将在可移动臂374和杆372之间受到挤压。如本领域 所已知的当压缩或冲击压电晶体如晶体380时，会在其表面上产生电流。该电 流使得可移动臂374离开凹口 365a,从而弹簧368可弹出燃料供应器310。本 领域普通技术人员也将认识到，由EAP制备的可移动臂374也可用于图7A所 示的实施方式中来代替铰链的刚性臂。在燃料供应器插入过程中，电流将由主 装置输送来使臂374动作。臂364可在插入中充分地弯曲。或者，也可用锁眼连接来代替制动装置系统365,这样杆372必须遵从预 定的路径以保证连接。不管是杆372还是锁眼部分都必须能够旋转而脱离。可 选择地，锁眼部分可被穿孔，这样其轴能够在冲击之下断裂。再有，本领域技术人员显而应当认识到，如果连接能得到足够的支持以防止在低于阀值水平的 力量下发生意外移动，则这样的弹出系统可适用于如上讨论的凹进处，或仅位 于燃料电池系统312的表面。可选择地，阀组件324和/或326可以为由控制器318控制的电磁阀。当由 传感器370探测到的加速超过预定阀值时，控制器318产生电信号或电流来关 闭阀组件324， 326中之一或两者。可选择地，电磁阀324, 326以及示于图7A 中的弹出机构也可以同时展开或按预定顺序展开。可选择地，控制器318也可 发出信号关闭从燃料供应器310抽取燃料进入燃料架309中的泵(未示出)。在 该实施方式中，提供使电磁阀324， 326保持打开的电流的电路只有当燃料供应 器310正确地插入进连接区域324中时才闭合。受到冲击时，燃料供应器310 被弹出，控制电磁阀324, 326的电路断开，从而切断流经的燃料流。可选择地， 控制器318可包括一显示器，这样可通知用户在受冲击后和在视图插入新的燃 料供应器310前检验所有的表面。根据测得到加速水平情况，如果加速超过预 定水平时，控制器318可保持所有的流动阀关闭，或可拒绝燃料供应器的重新 插入，或新燃料供应器的插入。其他适合的保持装置在名称为"Fuel Supply With Improved Connecting Valve"、提交于2005年7月18日的由本申请的共同所有人拥有权力的美国临 时专利申请号60/699， 685中揭露。该专利申请在此通过引用方式全文并入。尽管在此揭露的本发明的示例出的实施方式显而能够实现本发明的目的， 但应当认识到，本领域技术人员可想出许多改进以及其他的实施方式。此外，此，应当理解，下面的强烈要求将力图覆盖所有的这些改进和实施方式，而它 们仍将在本发明的精神和范围之内。
权利要求
1. 一种可连接到燃料电池系统上的燃料供应器，包括燃料供应器连接器，其配置成将燃料供应器连接到燃料电池系统上；和响应外力，将燃料供应器自动从燃料电池系统分离的装置。
2. 权利要求1的燃料供应器，进一步包括在分离后将流经燃料供应器连接 器的燃料流最小化或切断的装置。
3. —种可连接到燃料电池系统上的燃料供应器，包括 将燃料供应器连接到燃料电池系统的燃料供应器连接器，其中，燃料供应器连接器的至少一部分在受到冲击后可断裂。
4. 权利要求3的燃料供应器壁厚。
5. 权利要求3的燃料供应器的其余部分不同的材料制成。
6. 权利要求3的燃料供应器 分与燃料电池系统侧连接部分的接合处。
7. 权利要求3的燃料供应器，进一步包括一阀，用于在燃料供应器的所述 可断裂部分断裂时充分切断燃料的流动。
8. 权利要求7的燃料供应器，其中，阀位于燃料供应器连接器内。
9. 权利要求7的燃料供应器，其中，阀穿过燃料供应器连接器。
10. 权利要求7的燃料供应器，其中，阀选自由止回阀、鸭嘴阀、电磁阀 和可分离的截止阀组成的组。
11. 权利要求3的燃料供应器，进一步包括填充材料将流经可断裂部分的 燃料流最小化。
12. 权利要求ll的燃料供应器，进一步包括至少一个穿过填充材料的孔。
13. —种可连接到燃料电池系统上的燃料供应器，包括 位于燃料电池系统上的燃料供应器连接区域，其中，燃料供应器配置成可,其中，可断裂部分的壁厚小于连接器的整体 ，其中，可断裂部分是由与燃料供应器连接器 ,其中，可断裂部分包括燃料供应器侧连接部插入燃料供应器连接区域；以及燃料供应器弹出系统，其适于在燃料供应器加速下弹出燃料供应器。
14. 权利要求13的燃料供应器，其中，燃料供应器弹出系统包括使燃料供 应器从系统射出的弹出器，其中，弹出器包括电活性聚合物致动器。
15. 权利要求14的燃料供应器，其中，电活性聚合物致动器中流入来自压电晶体的电流。
16. 权利要求13的燃料供应器，其中，燃料供应器弹出系统包括控制器， 传感器，和用于使燃料供应器从燃料电池系统射出的弹出器。
17. 权利要求16的燃料供应器，其中，传感器是至少一个加速度计或应变计。
18. 权利要求16的燃料供应器，其中，控制器是处理器。
19. 权利要求16的燃料供应器,进一步包括填充材料用于将燃料流最小化。
20. 权利要求16的燃料供应器，进一步包括阀，其配置成将流经连接区域 的燃料流动截止。
21. 权利要求20的燃料供应器，其中，阀选自由止回阀、鸭嘴阀、电磁阀 和可分离的截止阀组成的组。
22. 权利要求16的燃料供应器，其中，弹出器包括弹簧。
23. 权利要求16的燃料供应器，其中，弹出器包括杆。
24. 权利要求16的燃料供应器，其中，弹出器包括轴，其具有盖和用于将 盖固定于其内的夹子系统。
25. —种可连接到燃料电池系统上的燃料供应器，包括 在燃料供应器和燃料电池系统之间的互锁，其中，互锁将燃料供应器保持在插入到燃料电池系统内的位置上，且当施加到燃料供应器上的力超出预定的 阀值时，互锁被释放。
26. 权利要求25的燃料供应器，进一步包括 位于燃料供应器和燃料电池系统之间的偏压弹簧；以及释放机构，其适于释放互锁，其中，当互锁被释放时，偏压弹簧将燃料供应器和燃料电池系统相分离。
27. 权利要求25的燃料供应器，其中，燃料供应器滑入燃料电池系统内的狭槽内。
28. —种可连接到燃料电池系统上的燃料供应器，包括柔性管和用于控制 从燃料供应器通过柔性管传输的燃料的阀。
29. 权利要求28的燃料供应器，其中，柔性管是波状的。
30. 权利要求28的燃料供应器，进一步包括刚性连接器，其将燃料供应器 连接到燃料电池系统。
31. 权利要求30的燃料供应器，进一步包括位于刚性连接器内的电导线。
32. 权利要求31的燃料供应器，其中，电导线将燃料供应器内的传感器连 接到燃料电池内的控制器上。
33. —种燃料电池系统，包括燃料电池，燃料供应器和加速度计，其中，料电池的元件。其中，所述元件包括燃料供应器内的流其中，所述元件包括燃料电池内的流动其中，由加速度计的输出将燃料供应器进一步包括由电活性聚合物制成的固定 料电池系统中，且所述固定器由加速度由加速度计的输出控制燃料供应器或燃
34. 权利要求33的燃料电池系统， 动阀。
35. 权利要求33的燃料电池系统，
36. 权利要求33的燃料电池系统， 从燃料电池系统中弹出。
37. 权利要求36的燃料电池系统， 器，所述固定器将燃料供应器固定在燃 计的输出来启动。
全文摘要
燃料供应器(10)连接到燃料电池系统(12)上。燃料供应器包括燃料供应器连接器(14)，其具有可连接到燃料电池系统上的形式。当受到分离荷载时，燃料供应器连接器自动地将燃料供应器从燃料电池系统中以预定的形式分离。阀(24，26)或填充材料(23a-d)被用于自动截止流经燃料供应器连接器的燃料流。或者，燃料供应器连接器可包括柔性管(114)和位于连接器内的阀。管的柔性阻止了连接器在分离荷载下发生断裂。
文档编号F16K17/14GK101223392SQ200680026256
公开日2008年7月16日 申请日期2006年7月14日 优先权日2005年7月18日
发明者保罗·亚当斯, 安德鲁·J·库瑞罗, 康士坦士·R·斯蒂芬, 勇 申 申请人:法商Bic公司